Pe cât de avansată a devenit agricultura, rămâne o nevoie presantă de modalități nedistructive de „a vedea” în sol. Departamentul de Energie al SUA Agentia Proiecte de Cercetare Avansata-Energie (ARPA-E) a acordat 4.6 milioane de dolari Laboratorului Național Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) pentru două proiecte de abordare a acestui decalaj, oferind fermierilor informații importante pentru a crește randamentul culturilor, promovând în același timp stocarea carbonului în sol.
Un proiect își propune să folosească curentul electric pentru imaginea sistemului radicular, ceea ce va accelera creșterea culturilor cu rădăcini care sunt adaptate condițiilor specifice (cum ar fi seceta). Celălalt proiect va dezvolta o nouă tehnică de imagistică bazată pe împrăștierea neutronilor pentru a măsura distribuția carbonului și a altor elemente în sol.
Berkeley Lab a primit aceste premii competitive de la ARPA-E Programul de optimizare a sechestrării terestre (ROOTS) pentru observațiile rizosferei, care încearcă să dezvolte culturi care scot carbonul din atmosferă și îl stochează în sol - permițând o creștere cu 50% a adâncimii de depunere și acumulare a carbonului, reducând, de asemenea, emisiile de protoxid de azot cu 50% și crescând productivitatea apei cu 25%.
Deficitul de carbon din sol este un fenomen global rezultat din multe decenii de agricultură industrială. Solurile au capacitatea de a stoca cantități semnificative de carbon, reducând concentrațiile de dioxid de carbon din atmosferă, sporind totodată fertilitatea solului și reținerea apei.
Un EEG pentru plante
Dezvoltarea tehnologiei Tomographic Electrical Rhizosphere Imaging (TERI), care a primit 2.3 milioane de dolari de către ARPA-E, este condusă de geofizicianul Berkeley Lab Yuxin Wu, de asemenea, în Divizia Climă și Științe Ecosisteme. „Poți să te gândești la asta ca la imagistica cerebrală sau EEG, în care electrozii atașați la cap pot înregistra modelele undelor cerebrale”, a spus Wu. „Noua tehnologie va fi ca un EEG pentru plante.”
Prin trimiterea unui mic curent electric în tulpină, care va călători apoi prin sistemul radicular, TERI va simți răspunsul electric atât al rădăcinilor, cât și al solului și va furniza informații despre masa rădăcinii, suprafața, adâncimea și distribuția în sol, împreună cu date despre textura solului și conținutul de umiditate și modul în care aceste variabile se modifică în timp.
În schimb, abordarea comună pentru studierea proprietăților rădăcinilor, care poartă numele de „shovelomics”, implică nu mult mai mult decât o lopată și o găleată cu apă înainte de analiza rădăcinii în laborator. „Este o metodă de caracterizare a rădăcinilor care necesită foarte multă muncă și cu un randament redus”, a spus Wu. „Și odată ce ai dezgropat rădăcina, ai terminat. Nu poți privi schimbările în timp.”
Wu a început testarea inițială în laborator. Ulterior va face teste de câmp cu culturi de grâu în colaborare cu Fundația Samuel Roberts Noble. Cu sediul în Ardmore, Oklahoma, Fundația Noble este cel mai mare institut independent de cercetare agricolă din SUA, cu peste 13,500 de acri de teren agricol care efectuează cercetări pentru a le permite fermierilor și fermierilor să crească productivitatea regională și administrarea terenului.
Wu și echipa sa colaborează și cu Subsurface Insights, o mică afacere care se concentrează pe dezvoltarea de software pentru aplicații geofizice.
Scopul proiectului este de a dezvolta tehnologia de fenotipizare a rădăcinilor de ultimă generație integrată cu modelarea ecosistemelor pentru a accelera reproducerea soiurilor concentrate pe rădăcini cu anumite trăsături; de exemplu, o mai bună rezistență la climă și o toleranță mai bună la condiții de apă scăzută și îngrășământ scăzut. În cele din urmă, instrumentul ar putea ajuta la creșterea randamentelor, în același timp cu creșterea aportului de carbon în sol.
De la neutroni la raze gamma la detectarea carbonului
În cel de-al doilea proiect, care a primit și 2.3 milioane de dolari, fizicienii Berkeley Lab conduși de Arun Persaud de la Divizia Accelerator Technology & Applied Physics (ATAP). va construi un instrument care să analizeze chimia solului, fără a o perturba, prin împrăștierea inelastică a neutronilor. „Generatorul va trimite neutroni în sol”, a spus Persaud. „Fiecare neutron poate reacționa cu atomii din sol și poate genera o rază gamma, pe care o putem detecta deasupra pământului cu un detector gamma. Apoi măsurăm energia gamma și din asta poți spune ce fel de atom este; carbon sau fier sau aluminiu, de exemplu.”
Tehnologia similară este utilizată în prezent în aplicațiile de securitate internă, cum ar fi detectarea explozivilor și a altor materiale în marfă, și este o zonă de cercetare de lungă durată la Berkeley Lab.
„Această tehnologie va putea nu numai să măsoare cât de mult carbon este în sol, ci și să o facă cu o rezoluție spațială de câțiva centimetri”, a spus Wim Leemans, directorul ATAP.
Ersaud a spus că, spre deosebire de tehnologiile actuale de analiză a proprietăților solului, această tehnică poate fi folosită în teren și poate măsura schimbările în spațiu și timp fără a deranja solul. Metodele standard implică acum forarea carotelor de sol și efectuarea de analize chimice pe acestea înapoi în laborator, ceea ce nu permite măsurători repetate ale aceluiași sol și nu este practic pe suprafețe mari.
Împreună cu fizicianul ATAP Bernhard Ludewigt, Persaud va colabora cu Adelphi Technology Inc. pentru a dezvolta generatorul de neutroni. Sistemul rezultat ar putea lua în cele din urmă forma unui instrument mobil care face măsurători in situ pe câmpul unui fermier.
- Julie Chao, Universitatea din California
Sursa: Universitatea din California